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1. 서론
환경오염은 현대 사회에서 가장 심각하고 복잡한 문제 중 하나로 대두되고 있다. 산업화와 도시화로 인한 인구 증가와 경제 발전은 인간의 생활을 풍요롭게 만들었지만, 그 대가로 환경은 심각한 오염과 파괴에 직면하게 되었다. 특히 폐수 처리는 수질 오염을 방지하고 인간과 생태계의 건강을 보호하기 위해 필수적인 요소로, 그 중요성은 날로 증가하고 있다.
본인은 대학에서 환경미생물학을 배우며 폐수 처리 분야에 깊은 관심을 가지게 되었다. 수업 시간에 접한 다양한 이론과 현장 사례를 통해 미생물들이 환경 정화에 얼마나 큰 역할을 하는지 깨달았다. 특히 '활성슬러지 공정'과 '생물학적 질소 제거'는 폐수 처리를 위한 핵심적인 공정으로, 각각의 미생물들이 어떤 역할을 수행하고 어떻게 상호 작용하는지에 대해 궁금증을 갖게 되었다. 따라서 이 글에서는 '활성슬러지 공정'과 '생물학적 질소 제거'에 관여하는 환경미생물들을 비교 분석하고, 이를 통해 얻을 수 있는 시사점을 탐구하고자 한다. 이를 통해 폐수 처리의 효율성을 높이고 환경 오염을 줄이는 데 기여할 수 있기를 바란다.
2. 활성슬러지 공정
2.1. 개념과 특징
활성슬러지 공정은 호기성 미생물의 대사를 이용하여 폐수 속의 유기물을 제거하는 대표적인 생물학적 폐수 처리 방법이다. 이 공정은 다양한 미생물들이 복합적인 군집을 형성하여 유기물을 분해하고 슬러지를 생성한다는 특징이 있다.
주요 미생물로는 박테리아, 원생동물, 곰팡이 등이 있다. 박테리아는 활성슬러지의 주된 구성원으로, 유기물의 분해와 영양염류의 제거에 핵심적인 역할을 한다. 대표적으로 Zooglea ramigera는 다당류의 점액질을 생성하여 슬러지의 응집성과 침전성을 향상시킨다. 원생동물은 박테리아를 포식하여 미생물 군집의 균형을 유지하고 슬러지의 품질을 향상시킨다. 곰팡이는 주로 난분해성 유기물을 분해하는 역할을 한다. 또한 바이러스와 아크리아 등의 미생물들도 활성슬러지 공정에서 중요한 역할을 수행한다.
이처럼 활성슬러지 공정은 다양한 미생물들이 복합적으로 작용하여 유기물 제거와 슬러지 생성이 이루어지는 생물학적 처리 방식이라고 할 수 있다.
2.2. 주요 미생물
2.2.1. 박테리아
박테리아는 활성슬러지 공정의 주된 구성원으로, 유기물의 분해와 영양염류의 제거에 핵심적인 역할을 한다. 대표적인 박테리아로는 Zooglea ramigera와 Pseudomonas 속의 박테리아가 있다. Zooglea ramigera는 다당류의 점액질을 생성하여 슬러지의 응집성과 침전성을 향상시키는 역할을 한다. Pseudomonas 속의 박테리아는 다양한 유기물을 분해하는 능력이 뛰어나 폐수 처리에 자주 활용된다. 실제로 한 폐수 처리 시설에서는 Pseudomonas putida를 이용하여 석유화학 공정에서 발생하는 난분해성 유기물을 효과적으로 제거하였다. 이처럼 박테리아의 균형을 유지하기 위해 pH와 온도를 철저히 관리하는 것이 폐수 처리 효율을 높이는 데 중요한 역할을 한다.
2.2.2. 원생동물
원생동물은 활성슬러지 공정에서 중요한 역할을 담당한다. 원생동물은 주로 박테리아를 포식하여 미생물 군집의 균형을 유지하고 슬러지의 품질을 향상시킨다. 대표적인 원생동물에는 섬모충류와 편모충류가 있으며, 이들은 슬러지의 침전성과 응집성을 높이는데 기여한다. 특히 섬모충류는 박테리아의 과도한 증식을 억제하여 슬러지의 팽화를 방지한다. 한 연구에 따르면 활성슬러지 내 섬모충류의 다양성이 폐수 처리 효율과 밀접한 관련이 있다. 따라서 원생동물은 활성슬러지 공정에서 미생물 군집 균형 유지와 슬러지 특성 개선을 위해 필수적인 존재인 것이다.
2.2.3. 곰팡이
곰팡이는 주로 난분해성 유기물을 분해하는 역할을 한다. Trichoderma, Aspergillus 등의 곰팡이는 셀룰로스와 같은 복잡한 구조의 유기물을 분해할 수 있다. 그러나 곰팡이의 과도한 증식은 슬러지의 침전성을 저하시키므로 주의가 필요하다. 실제로 한 제지 공장의 폐수 처리 시설에서는 셀룰로스 함량이 높은 폐수를 처리하기 위해 Trichoderma reesei를 활용하였다. 이로써 슬러지 생성량을 줄이고 처리 효율을 높일 수 있었다. 이를 통해 곰팡이의 활용 가능성에 대해 새로운 시각을 갖게 되었다고 볼 수 있다.
2.2.4. 바이러스 및 기타 미생물
바이러스는 활성슬러지 공정에서 중요한 역할을 한다. 바이러스는 박테리아를 감염시켜 그 수를 조절하는 역할을 수행하여 미생물 군집의 균형 유지에 기여한다. 이는 슬러지의 안정적인 생성과 부패 방지에 도움이 된다.
또한 아크리아(Archaea)와 같은 기타 미생물들도 활성슬러지 공정에서 중요한 역할을 한다. 아크리아는 호기성 및 혐기성 조건에서 자랄 수 있으며 유기물 분해와 질소 순환 과정에 관여한다. 이를 통해 활성슬러지 공정의 효율성을 높이는 데 기여한다.
따라서 활성슬러지 공정에서 바이러스와 기타 미생물은 중요한 역할을 하며, 이들의 균형잡힌 군집 유지가 폐수 처리 효율 향상을 위해 필수적이다.
3. 생물학적 질소 제거
3.1. 질산화 과정
3.1.1. 암모니아 산화 박테리아
암모니아 산화 박테리아는 활성슬러지 공정에서 유기물 제거와 함께 중요한 역할을 담당하는 미생물이다. ...
